農業(yè)廢棄物好氧發(fā)酵技術與智能控制設備研究

目錄
第1篇 過程與機理
第1章 好氧發(fā)酵過程中微生物群落結構及多樣性分析 2
1.1 概述 2
1.1.1 畜禽糞便產生及處理現狀 2
1.1.2 好氧發(fā)酵工藝發(fā)展現狀 2
1.1.3 好氧發(fā)酵過程中國內外微生物多樣性研究進展 4
1.2 單一原料筒倉式堆肥反應器好氧發(fā)酵過程中微生物群落結構及多樣性 6
1.2.1 基本情況介紹 6
1.2.2 豬糞反應器好氧發(fā)酵過程中理化指標變化規(guī)律 8
1.2.3 小結 16
1.3 添加菌劑對條垛式牛糞堆肥過程中微生物多樣性的影響 17
1.3.1 條垛式牛糞堆肥試驗點情況介紹 17
1.3.2 條垛式牛糞堆肥試驗處理 17
1.3.3 條垛式牛糞堆肥過程中微生物多樣性研究 18
1.4 全國堆肥樣品微生物群落結構、核心微生物組及潛在病原菌調研 24
1.4.1 全國有機肥企業(yè)調研基本情況介紹 24
1.4.2 調研樣品理化及腐熟度指標結果分析 24
1.4.3 調研樣品微生物群落結構結果分析 26
1.4.4 調研樣品多樣性及核心微生物組結果分析 26
1.4.5 調研樣品潛在病原菌相對豐度結果分析 28
1.4.6 小結 28
1.5 結論與展望 30
參考文獻 30
第2章 好氧堆肥發(fā)酵過程中基于整合宏組學的功能微生物作用機理分析 33
2.1 概述 33
2.1.1 驅動好氧堆肥發(fā)酵過程的功能微生物群落 33
2.1.2 整合宏組學技術的發(fā)展及應用 34
2.1.3 整合宏組學技術揭示好氧堆肥功能微生物群落的研究進展 34
2.2 農業(yè)廢棄物條堆堆肥功能微生物群落組成及作用機理 34
2.2.1 試驗設置 34
2.2.2 檢測方法 35
2.2.3 天然玉米秸稈堆肥中的功能微生物群落 36
2.2.4 小麥秸稈堆肥中的功能微生物群落 43
2.3 畜禽糞便條堆堆肥功能微生物組成及作用機理 46
2.3.1 試驗設置 46
2.3.2 檢測方法 46
2.3.3 天然雞糞條堆堆肥中的功能微生物群落 47
2.3.4 天然牛糞條堆堆肥中的功能微生物群落 52
2.4 發(fā)酵罐堆肥功能微生物組成及作用機理 56
2.4.1 試驗設置 56
2.4.2 檢測方法 57
2.4.3 發(fā)酵罐堆肥中功能微生物群落的組成及演替 57
2.5 結論與展望 65
參考文獻 65
第3章 豬糞秸稈聯合堆肥過程中溫室氣體排放規(guī)律及原位控制 70
3.1 概述 70
3.1.1 有機廢棄物現狀 70
3.1.2 高溫堆肥的基本原理 71
3.1.3 堆肥化過程中溫室氣體和氨氣排放規(guī)律 72
3.2 強制通風系統(tǒng)中溫室氣體排放規(guī)律及影響因素 74
3.2.1 溫度變化 75
3.2.2 化學指標變化 77
3.2.3 NH3排放規(guī)律 78
3.2.4 CH4排放規(guī)律 79
3.2.5 N2O排放規(guī)律 80
3.2.6 物料平衡分析和溫室效應分析 81
3.3 條垛翻堆系統(tǒng)中溫室氣體排放規(guī)律及影響因素 83
3.3.1 溫度變化 84
3.3.2 發(fā)芽指數變化 85
3.3.3 NH3排放規(guī)律 87
3.3.4 N2O排放規(guī)律 88
3.3.5 CH4排放規(guī)律 89
3.3.6 物料平衡分析和溫室效應分析 90
3.4 磷酸和鎂鹽添加對堆肥溫室氣體排放的影響 91
3.4.1 溫度變化 92
3.4.2 NH3排放規(guī)律 92
3.4.3 CH4排放規(guī)律 93
3.4.4 N2O排放規(guī)律 94
3.4.5 晶體分析 95
3.4.6 物料平衡分析 96
3.5 硝化抑制劑和酶抑制劑對堆肥溫室氣體排放的影響 97
3.5.1 溫度變化 98
3.5.2 NH3排放規(guī)律 98
3.5.3 N2O排放規(guī)律 100
3.5.4 CH4排放規(guī)律 101
3.5.5 物料平衡分析 102
3.6 腐熟堆肥覆蓋對堆肥溫室氣體排放的影響 102
3.6.1 溫度變化 103
3.6.2 NH3排放規(guī)律 104
3.6.3 N2O排放規(guī)律 104
3.6.4 CH4排放規(guī)律 105
3.6.5 物料平衡分析 106
3.7 結論與展望 107
參考文獻 107
第4章 竹炭對牛糞堆肥氮素損失的影響 112
4.1 概述 112
4.2 竹炭對牛糞堆肥腐熟規(guī)律的影響 113
4.2.1 竹炭對牛糞堆肥溫度的影響 113
4.2.2 竹炭對牛糞堆肥 pH的影響 114
4.2.3 竹炭對牛糞堆肥含水率的影響 115
4.2.4 竹炭對牛糞堆肥 C/N的影響 115
4.3 竹炭對牛糞堆肥 NH3排放通量的影響 116
4.4 竹炭對牛糞堆肥過程氮素損失的影響 116
4.5 竹炭對牛糞堆肥微生物群落結構的影響 117
4.5.1 細菌群落差異 117
4.5.2 真菌群落演替 121
4.6 結論與展望 126
參考文獻 127
第2篇　關鍵技術
第5章 農業(yè)廢棄物高溫堆肥原料數據庫及配方研究與應用 130
5.1 概述 130
5.1.1 農業(yè)廢棄物的現狀 130
5.1.2 堆肥原料的來源 132
5.1.3 國內外研究進展 132
5.1.4 研究意義與內容 134
5.2 堆肥原料調研 135
5.2.1 調研地點分布 135
5.2.2 樣品采集和分類 135
5.2.3 測試指標和方法 136
5.2.4 堆肥原料理化性質 136
5.2.5 動物糞便養(yǎng)分含量變化趨勢 159
5.2.6 基于 C/N對原料進行劃分 159
5.2.7 基于 pH對原料進行劃分 160
5.2.8 基于堆肥總養(yǎng)分和 N/P2O5值調整堆肥用量 160
5.3 堆肥原料養(yǎng)分數據庫 161
5.3.1 數據來源 161
5.3.2 數據庫結構 161
5.4 堆肥原料配方軟件 163
5.4.1 功能結構 163
5.4.2 模塊參數 164
5.4.3 計算方法 165
5.4.4 對外接口 166
5.4.5 實現效果 167
5.5 堆肥原料配方設計 174
5.5.1 原料選擇 174
5.5.2 配方設計 174
5.6 結論與展望 177
參考文獻 178
第6章 農業(yè)廢棄物好氧發(fā)酵智能感知技術研究進展 179
6.1 概述 179
6.2 國內外研究現狀及存在問題 180
6.2.1 研究現狀 180
6.2.2 存在問題 187
6.3 堆體多點溫度傳感器 188
6.3.1 結構設計 188
6.3.2 傳感器精度校準 188
6.3.3 響應時間測試 189
6.3.4 堆體溫濕度一體傳感器 189
6.4 堆體含水量傳感器 190
6.4.1 研發(fā)原理 191
6.4.2 結構設計方案 192
6.4.3 傳感器電路設計方案 192
6.4.4 傳感器探頭建模與仿真模擬 193
6.4.5 堆體含水量采集系統(tǒng)性能試驗 196
6.5 堆體O2傳感器 198
6.5.1 單點堆體O2傳感器 199
6.5.2 多點堆體O2傳感器 200
6.6 堆體臭氣傳感器 203
6.6.1 硬件結構 203
6.6.2 器件選型 203
6.6.3 堆體臭氣部分采集電路設計 204
6.6.4 軟件設計流程 209
6.6.5 堆肥數據融合 211
6.6.6 氣體傳感器校準 217
6.7 結論與展望 219
參考文獻 220
第7章 農業(yè)廢棄物好氧發(fā)酵智能控制關鍵技術 223
7.1 概述 223
7.1.1 農業(yè)廢棄物好氧發(fā)酵過程控制技術與裝備研究進展 223
7.1.2 課題主要研究內容與技術路線 227
7.2 多點好氧堆肥試驗裝置的結構設計與優(yōu)化 230
7.2.1 好氧堆肥環(huán)境的控制 230
7.2.2 多點好氧堆肥試驗裝置的設計 231
7.2.3 試驗材料與方法 238
7.2.4 樣品測定的方法 239
7.2.5 多點好氧堆肥試驗裝置性能驗證及優(yōu)化 240
7.3 基于 BP神經網絡的好氧堆肥過程控制研究 246
7.3.1 試驗方案設計 246
7.3.2 BP神經網絡的建立與擬合結果 246
7.3.3 好氧堆肥過程控制模型預測性能驗證試驗 248
7.4 好氧堆肥智能控制系統(tǒng)的研發(fā)與試驗 249
7.4.1 下位機控制器的設計與開發(fā) 249
7.4.2 好氧堆肥數據庫的設計 252
7.4.3 上位機監(jiān)測軟件的開發(fā) 253
7.5 好氧堆肥過程智能控制系統(tǒng)性能測試與驗證 256
7.5.1 好氧發(fā)酵自動控制系統(tǒng)的驗證試驗設計 256
7.5.2 試驗結果與分析 257
7.6 結論與展望 259
參考文獻 260
第8章 好氧發(fā)酵過程重金屬溯源及減控技術 264
8.1 概述 264
8.2 全國畜禽糞肥重金屬含量調研及溯源 265
8.2.1 調研方法 265
8.2.2 全國畜禽糞肥重金屬含量 265
8.2.3 不同原料糞肥重金屬含量 265
8.2.4 畜禽糞肥重金屬溯源 267
8.2.5 畜禽糞肥重金屬風險評價 268
8.3 重金屬形態(tài)變化及影響因素分析 269
8.3.1 不同發(fā)酵工藝對重金屬形態(tài)變化的影響 269
8.3.2 好氧發(fā)酵過程重金屬形態(tài)變化特征 272
8.3.3 好氧發(fā)酵工藝參數對重金屬形態(tài)變化的影響 273
8.4 生物炭鈍化重金屬機理研究 275
8.4.1 溫度對生物炭吸附重金屬特性的影響 275
8.4.2 腐殖質對生物炭鈍化重金屬的影響 279
8.4.3 好氧發(fā)酵過程生物炭鈍化重金屬機理分析 282
8.5 生物炭強化重金屬鈍化效果分析 284
8.5.1 不同種類生物炭對好氧發(fā)酵過程重金屬鈍化效果的影響 284
8.5.2 不同生物炭添加量對好氧發(fā)酵過程重金屬總量和形態(tài)的影響 287
8.5.3 生物炭與腐殖酸對好氧發(fā)酵過程重金屬鈍化效果的影響 292
8.6 炭基螯合鈍化材料研發(fā) 296
8.6.1 微生物強化生物炭鈍化效果研究 296
8.6.2 生物炭改性處理對重金屬鈍化影響研究 297
8.6.3 鈍化材料制備條件研究 300
8.6.4 鈍化材料的保存條件 303
8.7 結論與展望 303
8.7.1 結論 303
8.7.2 展望 304